genómica funcional, identificación de genes y marcadores

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especial vitrina tecnológica
INIA Tierra adentro
julio - agosto 2009
GENÓMICA FUNCIONAL, IDENTIFICACIÓN
DE GENES Y MARCADORES GENÉTICOS
Patricio Hinrichsen R.
phinrichsen@inia.cl
Nilo Mejía
Manuel Pinto C.
Carlos Muñoz S.
INIA La Platina
La tecnología hace hoy posible dar apoyo real a los programas de mejoramiento de plantas
usando marcadores genéticos
que posibiliten la selección precoz de los individuos más destacados. Para ello se recurre a la
"genómica funcional", que permite
estudiar la expresión de todos los
genes de una planta de manera
simultánea. Esto se logra midiendo los cambios de los RNA mensajeros (transcriptómica), las
proteínas (proteómica) o los metabolitos (metabolómica) de un
organismo o tejido sometido a
diferentes condiciones. Las técnicas indicadas permiten estudiar
caracteres que tienen una estructura genética compleja y cuya
expresión es el reflejo de la interacción de muchos genes, como
los involucrados en determinar la
calidad, el rendimiento o la resistencia a diversos tipos de estrés.
En vides, en el INIA nos hemos
enfocado en estudiar los genes
Uvas sin (izquierda) y con tratamiento de giberelina (derecha) expresan
un distinto set de genes.
asociados a la ausencia de semilla (apirenia) y al tamaño de las
bayas.
En colaboración con varias
universidades nacionales se generó una colección de 130.000
ESTs (por la sigla inglesa Expressed Sequence Tags), que corresponden a cADN, es decir, copias
de fragmentos de genes obtenidos a partir de los ARN mensajeros aislados de diferentes estados
de desarrollo y condiciones fisiológicas. Muchos de estos ESTs
fueron réplicas parciales de un
mismo gen, los que se ensamblan
en "contigs" (segmentos de ADN
sobrepuestos) mediante bioinformática, identificándose finalmente unos 25.000 "unigenes" o genes
no repetidos. Cinco mil de estos
unigenes se dispusieron en una
membrana para constituir el primer "micro-arreglo" usado en hibridaciones con muestras de
interés. Lo anterior permitió identificar genes que aumentan, que
no cambian o que disminuyen su
nivel de expresión en cada condición experimental.
El análisis de cADNs obtenidos de bayas en dos estados de
desarrollo llevó a identificar cientos de genes que cambiaron su
nivel de expresión, entre ellos a
los genes de las acuaporinas, las
proteínas que forman los poros
responsables del transporte del
agua a las bayas y determinan su
tamaño final.
Una vez identificados los posibles genes asociados a un ca-
Figura 1. Análisis bioinformático de genes sobrexpresados (puntos más oscuros) o reprimidos (verde) comparando
diferentes tratamientos o estados de desarrollo de bayas del cv. Sultanina. A la derecha se muestra una representación
de los cambios de la expresión de cada uno de los genes de acuaporina identificados en el cv. Sultanina, comparando
bayas al estado de 6 mm y en preenvero.
rácter dado, es indispensable demostrar su función, lo que estamos haciendo usando ingeniería
genética. Paralelamente, estamos
caracterizando las formas alélicas del o de los genes que se
"encienden" o se "apagan" bajo
diferentes condiciones. Con ese
fin, se secuencia el gen candidato
en individuos con fenotipos contrastantes, para asociar diferencias específicas dentro del gen
con ese fenotipo. Los SNP (del
inglés Single Nucleotide Polymorphism), por ejemplo, representan
cambios de una base en un sitio
determinado del genoma. Además, estamos saturando mapas
de ligamiento genético en torno
a las regiones en las cuales hemos localizado los llamados QTLs
(del inglés Quantitative Trait Loci)
para apirenia y tamaño de baya,
entre otros caracteres en estudio.
También estamos comparando los genes encontrados en vides con los encontrados en otras
especies como Arabidopsis, tomate o arroz, y que ya tienen función conocida. Así hemos identificado más de 150 "genes candidatos" que podrían tener relación
con la apirenia o el tamaño de
baya. De ellos, varios se asocian
con los QTLs ya señalados, siendo
un factor de trascripción vinculado al desarrollo floral el candidato
más obvio que explicaría la ausencia de semilla.
Estos estudios son de utilidad
tanto para productores como para científicos. Los primeros se
beneficiarán porque la generación de variedades mejoradas
será más eficiente, y los segundos porque podrán explicar las
causas del comportamiento de
las plantas y con ello desarrollar
nuevas tecnologías útiles para
la agricultura.